ES2242790T3 - Reactor de conversion quimica de una carga con aportes de calor y circulacion cruzada de la carga y de un catalizador. - Google Patents
Reactor de conversion quimica de una carga con aportes de calor y circulacion cruzada de la carga y de un catalizador.Info
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Abstract
Reactor de conversión química, que contiene entre un extremo superior y un extremo inferior un lecho catalítico sustancialmente vertical, y que comprende en combinación : - cerca del extremo superior de dicho reactor al menos un medio de introducción de un catalizador sólido, - medios de introducción y de evacuación de una carga que permite su circulación de forma sustancialmente horizontal a través del lecho catalítico. - medios de calentamiento de la indicada carga, integrados en el indicado reactor, en el cual el mencionado reactor comprende cerca de su extremo inferior al menos un medio de extracción diferenciada del catalizador entre una parte río arriba y una parte río abajo de dicho lecho catalítico, con relación al sentido de circulación de la carga y el indicado lecho catalítico comprende una pluralidad de zonas catalíticas separadas por zonas no catalíticas de calentamiento de la carga y en el cual el medio de extracción del catalizador más río arriba difiere del medio de extracción situado más río abajo por su capacidad de extracción más pequeña.
Description
Reactor de conversión química de una carga con
aportes de calor y circulación cruzada de la carga y de un
catalizador.
Las industrias químicas, petroleras y
petroquímicas utilizan numerosas reacciones químicas endotérmicas,
por ejemplo reacciones de craqueo, de deshidrogenación o de
reformación de hidrocarburos.
Algunas de estas reacciones son reversibles y
están limitadas por un equilibrio termodinámico. En este caso, la
refrigeración que se produce en un lecho catalítico debido a la
endotermicidad de la reacción conduce a una limitación de la
conversión de los reactivos.
Un medio para alcanzar una conversión elevada
consiste en introducir superficies calentadoras en el lecho
catalítico, o en utilizar una pluralidad de lechos catalíticos
separados por zonas de recalentamiento del fluido de reacción.
En numerosos casos, en particular para la
deshidrogenación de hidrocarburos, el catalizador se desactiva al
menos parcialmente, por ejemplo por coquificado, en el transcurso de
la reacción y debe ser trasegado, en continuo o a intervalos de
tiempo, para su sustitución por catalizador nuevo o regenerado.
Se conocen procedimientos por ejemplo de
reformación catalítica de hidrocarburos donde la carga de reacción
pasa sucesivamente por una pluralidad de reactores de lecho
catalítico, con recalentamientos intermediarios entre reactores,
para compensar la refrigeración del fluido de reacción debido a la
endotermicidad de la reacción. El catalizador circula de un reactor
a otro, a cocorriente de conjunto o a contracorriente de conjunto
con la carga antes de ser regenerado y reciclado. Esto conduce a una
buena utilización del catalizador, que se coquifica de forma
homogénea antes de ser regenerado.
Uno de los objetos de la invención es un reactor
particularmente para la realización de un procedimiento de
conversión química de lechos catalíticos con medios de aporte de
calor integrados en el indicado reactor y que presenta por
consiguiente una gran compacidad de la zona de reacción, combinada
con una buena utilización del catalizador. Otro objeto de la
invención es un procedimiento de conversión de una carga (lo más a
menudo una carga hidrocarbonada) que experimenta una reacción
endotérmica que utiliza el indicado reactor. No se saldría del marco
de la presente invención utilizando una serie de reactores de los
cuales uno al menos está conforme con la presente invención.
A este respecto, la invención propone un reactor
para la conversión química de una carga, conteniendo el indicado
reactor de conversión química entre un extremo superior y un extremo
inferior un lecho catalítico sustancialmente vertical, y que
comprende en combinación:
- cerca de su extremo superior al menos un medio
de introducción de un catalizador sólido,
- medios de introducción y de evacuación de la
indicada carga que permiten su circulación de forma sustancialmente
horizontal a través del lecho catalítico.
- medios de calentamiento de la indicada carga,
integrados en el indicado reactor,
en el cual el mencionado reactor
comprende cerca de su extremo inferior al menos un medio de
extracción diferenciada del catalizador entre una parte río arriba y
una parte río abajo de dicho lecho catalítico, con relación al
sentido de circulación de la
carga.
El reactor puede ser un
reactor-intercambiador con superficies calentadoras
sumergidas en el lecho catalítico; puede también comprender una
pluralidad de lechos catalíticos separados por zonas no catalíticas
de calentamiento de la carga de reacción. En cada una de estas
zonas, la carga de reacción atraviesa un intercambiador de calor,
alimentado por un fluido térmico.
Los fluidos térmicos que se pueden utilizar
comprenden vapor de agua bajo presión, por ejemplo entre 0,5 MPa y
1,20 MPa de preferencia entre 0,6 MPa y 1 MPa absolutos ambos
inclusive, hidrógeno o un gas que contiene hidrógeno como por
ejemplo un gas de reciclado rico en hidrógeno tal como el utilizado
en algunos procedimientos como diluyente de la carga de reacción
para la protección del catalizador. Se puede también utilizar la
carga propiamente dicha sin convertir, o líquidos tales como sales
fundidas o sodio líquido.
El medio de extracción diferenciado del
catalizador es habitualmente elegido entre el grupo formado por
medios de extracción continuos y los medios de extracción
discontinuos.
De forma preferida, el lecho catalítico comprende
una pluralidad de zonas catalíticas separadas por zonas no
catalíticas de calentamiento de la carga.
Según una característica preferida de la
invención, el medio de extracción del catalizador el más río arriba
difiere de al menos un medio de extracción situado río abajo, y
particularmente del situado más río abajo, por su capacidad de
extracción más pequeña (refiriéndose las indicaciones río arriba y
río abajo al sentido de circulación de la carga).
La invención propone igualmente un procedimiento
de conversión química de una carga que utiliza un reactor tal como
el anteriormente descrito.
Típicamente, la carga es una carga de
hidrocarburos, frecuentemente adicionada con un diluyente (por
ejemplo vapor de agua, hidrógeno, nitrógeno, o una mezcla de estos
gases).
En un modo de realización particular de la
invención, el procedimiento de conversión químico es un
procedimiento de deshidrogenación catalítica de una carga de
hidrocarburos parafínicos.
Ahora se hace referencia a la figura 1 que
representa de forma no limitativa un reactor R según la invención
utilizado para la realización de una reacción endotérmica.
La carga de reacción se introduce en el reactor R
por el conducto 1; la misma pasa sucesivamente por un lecho
catalítico 3a, luego un intercambiador de calor 4a, luego por un
segundo lecho catalítico 3b, luego por un segundo intercambiador de
calor 4b, luego por un tercer y último lecho catalítico 3c, antes de
salir del reactor por el conducto 2. El catalizador se introduce en
el reactor en cabeza de este por el conducto 9. Se reparte por los
lechos catalíticos 3a, 3b, 3c por los cuales circula en circulación
por gravedad descendente. Cada lecho catalítico tiene una tolva
separada de evacuación del catalizador: 7a para el lecho 3a, 7b para
el lecho 3b y 7c para el lecho 3c.
Compuertas de extracción 8a, 8b y 8c en el fondo
de cada uno de los lechos catalíticos permiten extraer por separado
catalizador usado que circula por cada uno de los lechos catalíticos
en serie. El catalizador es evacuado por los conductos 80a, 80b,
80c.
Los intercambiadores de calor 4a y 4b son
alimentados por un fluido térmico introducido por los conductos 5,
5a y 5b, dejando este fluido los intercambiadores por los conductos
6a, 6b y 6.
Por la parte superior de los lechos 3a, y 3b, se
introduce por los conductos 10, 10a, 10b un gas sustancialmente
inerte cuya función es realizar un gas de barrido para evitar los
pasos de contorneado (derivación) de la carga que circula por el
lecho 3a al lecho 3b así como del lecho 3b al lecho 3c, sin pasar
por el intercambiador 4a o el intercambiador 4b.
Típicamente este gas puede ser un diluyente de la
carga, por ejemplo vapor de agua o gas de reciclado rico en
hidrógeno.
La instalación funciona del modo siguiente.
La carga precalentada a la temperatura de
reacción pasa por los tres lechos (o zonas) catalíticas 3a, 3b, 3c
en serie, con dos recalentamientos intermediarios.
El catalizador, introducido por el conducto 9 es
trasegado bien sea en continuo, o de forma discontinua por los
conductos 80a, 80b, 80c.
Por el reactor, según la invención, se hace
circular, y se renueva de preferencia más rápidamente el catalizador
del lecho 3c como el del lecho 3a. En efecto, de forma típica, el
catalizador envejece más rápidamente y se desactiva y se coquifica
más rápidamente al final de la zona de reacción, es decir en el
lecho río abajo 3c que en el lecho río arriba 3a. De preferencia 3c
se renueva más rápidamente que 3b, así mismo renovado más
rápidamente que 3a.
La invención permite por consiguiente una buena
utilización del catalizador, que se trasiega en un estado de
desactivación relativamente constante.
Cuando se funciona en continuo, se pueden
utilizar las compuertas 8a, 8b, 8c para ajustar los trasiegos
diferenciados de catalizador.
Cuando se funciona en discontinuo, es posible
trasegar a intervalos cantidades de catalizador variables según las
zonas del lecho catalítico (caudales de trasiego más importantes en
las zonas río abajo, al sentido de la circulación de la carga).
Resulta igualmente posible realizar trasiegos más
frecuentes de catalizador en la zona río abajo 3c que en la zona 3b
y/o en la zona 3b que en la zona 3a. Se puede igualmente modular a
la vez la frecuencia y las cantidades de catalizador extraídas.
Por último, es posible proceder a extracciones
limitadas de catalizador usado (por ejemplo del 10% al 33% del
volumen de cada lecho) o bien realizar renovaciones de todo el
volumen de un lecho (o zona) individual: 3a, o 3b o 3c. En este
caso, se renovará de preferencia más frecuentemente el catalizador
de la zona 3c que el de la zona 3a.
Los reactores según la invención pueden contener
de 2 a aproximadamente 20 zonas catalíticas separadas por zonas de
intercambio térmico.
El fluido de reacción puede igualmente ser
introducido lateralmente y circular horizontalmente, en corriente
cruzada con la carga.
Es posible utilizar lechos de poco espesor, por
ejemplo comprendido entre 5 y 10 cm, o de espesor medio, por ejemplo
comprendido entre 10 y 80 cm, y si el procedimiento lo exige,
velocidades espaciales bajas o elevadas (por ejemplo entre 10 y 250
h^{-1}). Las temperaturas dependen del procedimiento pero están
frecuentemente comprendidas entre los 250ºC y los 950ºC.de
preferencia entre aproximadamente 400 y aproximadamente 700ºC. Todos
estos valores no son limitativos de la invención.
No se saldría del marco de la invención en el
caso en que hubiera un lecho catalítico único, o lechos en paralelo,
con una circulación cruzada carga/catalizador.
El reactor según la invención permite así
realizar la conversión química de una carga en presencia de un
catalizador aportando en cada una de las zonas catalíticas la
cantidad de calor necesaria. Permite igualmente extraer de forma
diferenciada el catalizador al menos parcialmente desactivado.
El reactor según la invención permite así
mantener un nivel de actividad catalítica y/o una productividad
elevadas de producto buscado.
La invención puede particularmente utilizarse
para la reformación de hidrocarburos, la deshidrogenación del
etilbenceno, y la deshidrogenación de las parafinas tales como por
ejemplo el propano, el n-butano, el isobutano, las
parafinas particularmente lineales que tienen de 10 a 14 átomos de
carbono, para la producción de olefinas que permiten producir
alquilbencenos, u otras reacciones químicas.
Claims (9)
1. Reactor de conversión química, que contiene
entre un extremo superior y un extremo inferior un lecho catalítico
sustancialmente vertical, y que comprende en combinación:
- cerca del extremo superior de dicho reactor al
menos un medio de introducción de un catalizador sólido,
- medios de introducción y de evacuación de una
carga que permite su circulación de forma sustancialmente horizontal
a través del lecho catalítico.
- medios de calentamiento de la indicada carga,
integrados en el indicado reactor,
en el cual el mencionado reactor
comprende cerca de su extremo inferior al menos un medio de
extracción diferenciada del catalizador entre una parte río arriba y
una parte río abajo de dicho lecho catalítico, con relación al
sentido de circulación de la carga y el indicado lecho catalítico
comprende una pluralidad de zonas catalíticas separadas por zonas no
catalíticas de calentamiento de la carga y en el cual el medio de
extracción del catalizador más río arriba difiere del medio de
extracción situado más río abajo por su capacidad de extracción más
pequeña.
2. Reactor según la reivindicación 1, en el cual
el medio de extracción diferenciado del catalizador es elegido entre
el grupo formado por medios de extracción continuos y los medios de
extracción discontinuos.
3. Procedimiento de conversión química de una
carga que utiliza un reactor que comprende entre un extremo
superior y un extremo inferior un lecho catalítico sustancialmente
vertical, comprendiendo este reactor en combinación:
- cerca de su extremo superior al menos un medio
de introducción de un catalizador sólido,
- medios de introducción y de evacuación de la
indicada carga que permiten su circulación de forma sustancialmente
horizontal a través del lecho catalítico,
- medios de calentamiento, de la indicada carga,
integrados en el indicado reactor,
comprendiendo el mencionado reactor
igualmente cerca de su extremo inferior al menos un medio de
extracción diferenciada del catalizador entre una parte río arriba y
una parte río abajo de dicho lecho catalítico, con relación al
sentido de circulación de la carga, y comprendiendo el indicado
lecho catalítico una pluralidad de zonas catalíticas separadas por
zonas no catalíticas de calentamiento de la
carga,
en el cual se hace circular y se
renueva más rápida o más frecuentemente el catalizador situado en la
mencionada parte río abajo del lecho catalítico con relación al
catalizador situado en la mencionada parte río
arriba.
4. Procedimiento de conversión química según la
reivindicación 3, en el cual se realizan trasiegos diferenciados
para las partes río abajo y río arriba del lecho catalítico, para
obtener un estado de desactivación relativamente constante del
catalizador trasegado.
5. Procedimiento de conversión química según una
de las reivindicaciones 3 y 4, en el cual la carga es una carga de
hidrocarburos.
6. Procedimiento de conversión química según una
de las reivindicaciones 3 a 5, en el cual se realiza la
deshidrogenación catalítica de una carga de hidrocarburos
parafínicos.
7. Procedimiento de conversión química según una
de las reivindicaciones 3 a 6, en el cual la carga se adiciona con
un diluyente.
8. Procedimiento de conversión química según una
de las reivindicaciones 3, 4, 5, 7 en el cual se realiza la
reformación de hidrocarburos.
9. Procedimiento de conversión química según una
de las reivindicaciones 3 a 7, en el cual se realiza la
deshidrogenación del etilbenceno.
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